基质湿度对育苗容器成型作业的影响

纪 敏，高 锐，沈嵘枫，谢诗妍

(1.福建农林大学交通与土木工程学院，福建 福州 350002；2. 福建省林业科学研究院，福建 福州 350012 )

育苗容器成型机不但可节省育苗容器生产的成本，而且还能大规模批量生产，其应用与研制已成为农林业领域的热点[1]。育苗容器成型技术与传统裸根培苗技术相比有诸多被公认的优点，如节约种子和圃地、培植快、规格统一化、抵抗不利环境能力强、便于移栽植苗、搬移运输方便、幼苗质量好等[2]。从20世纪六七十年代起，我国开始研制育苗容器成型设备，经过几十年的应用与探索，其技术不断进步[2]，在辽宁、山西、广西、黑龙江等省(区)的林业生产实践中得到广泛的推广应用[4]，逐渐获得农林生产业主、林农的认可[5]。

育苗容器成型机作业包含无纺布成型、纵封部加热成育苗容器、基质装填育苗容器及送给、锯切育苗容器[6]。育苗基质是颗粒物材料，成分中含有锯屑与草碳土，吸水性强，因此，基质湿度对育苗容器成型作业影响大[7]。研究发现，基质湿度会对育苗容器基质填充量与锯切长度产生均匀性影响，基质湿度过大或者过小，都会导致育苗容器无法标准化生产和生产合格率低。育苗容器的基质含量与规格大小均会影响种子后期的生长[8]。育苗基质是种子生长的全部营养来源，育苗容器基质填充量是评价育苗容器是否合格的重要指标[9]。苗高与地径的生长和容器大小有关，容器太短，不利于地径生长，无法确保苗根正常生长，容易造成伤根；容器过长，不利于苗高生长，浪费基质与无纺布[10]。针对以上问题，研究不同基质湿度下育苗容器的成型过程，以育苗容器基质设定填充量和标准锯切长度作为指标，获取育苗基质生产的最佳湿度范围[11]。利用最佳湿度范围进行育苗容器生产实践，预期较好地解决了育苗容器基质填充量和锯切长度均匀性差的问题，实现育苗容器标准化生产，提高育苗容器和生产合格率及合格苗率。

1 材料与方法

1.1 试验材料

育苗容器试验材料为无纺布育苗容器和育苗基质。无纺布育苗容器是由聚酯纤维热压而成的新型覆盖材质，具有防水珠凝结、热熔胶膜性质稳定的特点。育苗容器无纺布的卷宽度16 cm，能够在纵缝部加热到184 ℃，起到加热粘合作用，方便无纺布热压成型[12]。1 m3育苗基质配比为m锯屑∶m草碳土=6∶ 4，外加1 kg过磷酸钙[13]。其中锯屑为主要配制材料，其有机质成分高，且较疏松，可改变基质通气性，吸水性强[14]；草碳土由植物根系(茎、果实等)组成，湿容重为1.35 g· cm-3，空隙比大，土粒的密度为1.71 g·cm-3[15]，其透水性强，水平垂直方向渗透系数大于(10-5～10-6) cm·s-1，高压缩比，pH值为5.8～6.6，呈弱酸性[16]。

1.2 试验方法

2019年4月，在福建省三明市尤溪县西城镇林业科技推广中心，将育苗基质进行湿度调配与测量，分别取湿度为20%、31%、47%、63%、67%、89%、98%的基质进行分组试验，完成基质成型作业。每组试验完成后装入摆盘中，每盘40个(5×8)，从中随机抽取10个样品测量基质填充量、锯切长度，将其与标准指标作对照研究。

1.3 测定方法与指标

通过对不同种类基质容重进行对比分析，选用锯屑与草碳土(m锯屑∶m草碳土=6∶ 4)为基质[17]。基质容重参照郭世荣[18]的方法测定，具体方法为：取一容积为3 000 mL的玻璃烧杯，称重(W1，g)，加经电热恒温鼓风干燥箱烘干后的待测基质，称重(W2，g)，计算基质容重(ρ,g·cm-3)。公式如下[19]：

ρ=(W2-W1)/3 000

(1)

计算得ρ=0.289 g·cm-3，根据文献[20]，优良的基质容重范围为0.15～0.80 g·cm-3，该基质为优良基质。育苗容器设定基质填充质量(m，g)公式如下[19]：

m=ρπlr2

(2)

式中：l为育苗容器长度(cm)；r为育苗容器半径(cm)。

从苗高和地径生长考虑，选择育苗容器规格为4.5 cm×10 cm[20]，根据公式(2)计算出m=45.96 g。

1.4 测试仪器

主要仪器设备有数显卡尺(ADS-X023-02000)、湿度测量仪(P81280)、电子天平(ES120)。

1.5 数据处理

采用SPSS软件对湿度与育苗容器基质填充质量、锯切长度进行显著性和统计学意义分析[22]，并进行数据统计分析、绘图[23]。分别计算7种湿度下的育苗容器设定量与基质填充量之差，锯切长度与标准长度之差的平均值、标准差、方差与变异系数[24]；分析育苗容器样本的基质填充量、锯切长度与标准指标的接近程度、育苗容器基质填充量与锯切长度分布差异性与离散程度。

2 结果与分析

2.1 不同基质湿度对育苗容器基质填充量的影响

育苗容器设定基质填充量45.96 g作为生产指标之一，计算育苗容器设定基质填充量与实际基质填充量的差值，利用SPSS软件对7组基质湿度下(10个样品)的育苗容器设定量与基质填充量的差值绘制箱形图(图1)[25]，得到图中标号5、12、21、24的4个异常值。箱线图中四分位数的间距(interquartile range，RIQ)是上四分位与下四分位的差值，上限=上四分位+1.5RIQ，下限=下四分位-1.5RIQ。上四分位所在位置为8.25，下四分位所在位置为2.75，中位数所在位置为5.5。考虑到样品数据的特殊性，采用替换的方法对4个样品数据进行处理，以确保结果的准确性。绘制基质填充量均值误差条形图(图2)[26]，根据基质填充量均值变化趋势可以得出，在基质湿度为63%、67%时，育苗容器基质设定量与填充量差值的平均值最低，填充量比较接近设定量。通过方差齐性检验(P<0.05)，可知湿度63%、67%的基质填充量均值与其他湿度之间差异有统计学意义。

图1 基质填充量差值箱形图Figure 1 Difference of matrix filling volumes

图2 基质填充量均值误差条形图Figure 2 Average of actual filling volumes

不同基质湿度下育苗容器基质填充量的变化如表1所示。随着基质湿度增加，标准差与变异系数先递减后增加，在基质湿度为63%、67%时，取得最小值(标准差<0.30 g，变异系数<0.10%)。从育苗容器基质填充量生产方面考虑，育苗基质成型作业时，填充基质最佳湿度范围可取 60%～70%。

表1 不同基质湿度下育苗容器基质填充量Table 1 Paper pot filling volume characteristics under varying humidity conditions

2.2 不同基质湿度对育苗容器锯切长度的影响

根据所选育苗容器规格，每个育苗容器长10 cm，计算不同基质湿度下育苗容器锯切长度与标准长度的差值。对7组基质湿度下(10个样品)的育苗容器锯切长度与标准长度的差值绘制箱形图(图3)，得到图中标号47这个异常值。上四分位所在位置为8.25，下四分位所在位置为2.75，中位数所在位置为5.5。考虑到样品数据的特殊性，采用替换的方法对1个样品数据进行处理，以确保结果的准确性。绘制锯切长度均值误差条形图(图4)，根据锯切长度均值变化趋势可以得出，在基质湿度为63%、67%时，育苗容器锯切长度与标准长度差值的平均值最低，锯切长度比较接近标准长度。通过方差齐性检验(P<0.05)，可知基质湿度63%、67%的锯切长度均值与其他基质湿度之间差异有统计学意义[27]。

图3 锯切长度差值箱形图Figure 3 Difference of the sawing length

图4 锯切长度均值误差条形图Figure 4 Average of the sawing length

不同基质湿度下育苗容器锯切长度变化特征如表2所示。随着基质湿度的增加，标准差先递减后增加，在基质湿度为63%、67%时取得最小值(标准差<0.10 cm)。从育苗容器长度生产方面考虑，育苗基质成型作业时，基质最佳湿度范围可取60%～70%。

表2 不同基质湿度下育苗容器锯切长度Table 2 Paper pot sawing length characteristics

2.3 育苗容器成型作业合格率检验

在最佳基质湿度范围(60%～70%)下，验证育苗容器成型作业的合格率。随机配制湿度为60%、63%、64%、65%、67%、70%的基质进行生产实践。每一基质湿度组，生产400个育苗容器，记录育苗容器合格数(表3)。在育苗容器内播种楠木种子，每穴1粒种子，经过1 a育苗周期后，记录合格苗数目。

从表3可知，基质湿度在60%～70%时，各组育苗容器合格率≥98.50%，总数2 400个，合格总数2 380个，总合格率达到99.17%，生产率可达3 000个· h-1。各组合格苗率≥87.75%，总合格苗2 157株，合格苗率达到89.88%。在60%～70%的基质湿度下育苗，育苗容器成型作业合格率与合格苗率均高，符合生产要求，验证了其生产实践的可行性。

表3 育苗容器成型作业的合格率与合格苗率Table 3 Pass rate and qualified seedling rate of the paper pots formed in 60%-70% humidity

3 结论

育苗容器作为基质载体，与基质共同支持容器苗萌发到幼苗移植的整个阶段的生长[28]。育苗容器成型机实现了育苗容器自动化生产，实现智能化装填。育苗容器材质为无纺布，性质稳定，使用年限长，见光容易降解，将其应用于造林苗木的培育中，可减少环境的污染[29]。无纺布材质能够为苗木生长创建良好的生存环境，使根系活力强、苗长势好[30]。基质重要原料可来自各行业工厂废品并可二次利用更新的材料。

文中对楠木苗的育苗容器成型进行试验，研究不同基质湿度对育苗容器基质填充量与锯切长度的影响，统计分析得出，在60%～70%基质湿度下，育苗容器成型作业合格率与合格苗率高，符合生产要求，并验证在该基质湿度范围的种苗生产实践可行性。利用最佳湿度范围进行育苗容器生产实践，解决了育苗容器基质填充量和锯切长度均匀性差的问题，实现育苗容器智能化、标准化生产，提高育苗容器成型作业合格率与合格苗率。育苗容器的合格率高，有利于苗高与地径生长，养分吸收。试验生产获得育苗容器成型结果的最佳适宜基质湿度范围，然而湿度的取值跳跃度较大，更加精确的湿度值还需再缩小湿度取值的间隔范围。利用设备生产育苗容器的过程复杂，所考虑到的因素不够全面，在今后研究中可结合每个气缸进给长度控制育苗容器锯切长度、基质填充真空度等，对每个作业步骤的配合度等因素进行智能化育苗容器成型作业研究。